本文選題：植物修復　切入點：鋅鎘超積累植物　出處：《浙江大學》2017年碩士論文

【摘要】：隨著工業(yè)化生產(chǎn)和現(xiàn)代化城市發(fā)展,我國農田土壤重金屬污染問題日益嚴重,對我國農作物的安全生產(chǎn)與居民健康造成了巨大危險。據(jù)環(huán)保部與國土資源部調查顯示,我國農田土壤的主要重金屬污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛。由于重金屬污染具有累積性、隱蔽性、長期性、巨大的危害性、和不可逆轉性等特點,重金屬污染防治現(xiàn)已經(jīng)成為當今國際研究的難點和熱點。植物修復作為一種新興的綠色環(huán)保生物技術,較之傳統(tǒng)修復方法來說具有成本低、效益高、環(huán)境友好等優(yōu)點,在污染環(huán)境生態(tài)修復中具有廣泛的應用前景。東南景天是我國本土發(fā)現(xiàn)的鋅鎘超積累植物,其生物量大、生長速度快,是重金屬污染植物修復的一種良好潛在材料,已逐漸用于我國重金屬污染土壤植物修復實踐工作中。前期研究表明,東南景天不僅能超積累重金屬鋅和鎘,其對鉛、銅等亦具有較強的耐性和積累能力。然而,迄今為止對于東南景天是否能耐受和積累高量鎳仍一無所知,探明鋅鎘超積累植物東南景天對鎳的耐性與積累特征,有助于其在鎘、鎳等重金屬復合污染土壤中的實踐應用�；诖�,本研究以鋅鎘超積累生態(tài)型東南景天及其非超積累生態(tài)型為材料,采用溶液培養(yǎng)法,綜合運用顯微鏡熒光染色、透射電鏡、同步輻射微區(qū)X射線熒光譜(μ-XRF)、ICP-MS等技術,較為系統(tǒng)地研究了鋅鎘超積累東南景天對鎳的耐性與積累能力及其調控機制。取得的研究結果主要包括兩個方面:(1)鋅鎘超積累生態(tài)型東南景天根系對高鎳脅迫的耐受性:采用水培實驗,通過顯微鏡熒光染色、透射電鏡、μ-XRF、ICP-MS等技術比較分析了鋅鎘超積累生態(tài)型(HE)與非積累生態(tài)型(NHE)東南景天根系對鎳脅迫的耐性差異。首先,通過測定不同濃度(0-200 μM)與時間(0-72 h)鎳脅迫下兩種生態(tài)型東南景天根系的質膜完整性、脂質過氧化、活性氧自由基、細胞超微結構等指標的變化差異,發(fā)現(xiàn)兩種生態(tài)型東南景天根系在鎳脅迫下均呈現(xiàn)出一定程度的質膜受損和膜質過氧化損傷以及根部活性氧自由基(過氧化氫和超氧負離子)的過量積累。然而,在高濃度鎳(100μM)處理72h后,超積累生態(tài)型東南景天根系的質膜受損、膜脂質過氧化與活性氧自由基的積累量均顯著低于非超積累生態(tài)型根系。根尖細胞的超微結構分析結果證實了這一點,高濃度鎳處理72h后,非超積累東南景天根尖細胞超微結構產(chǎn)生明顯的破壞,而超積累東南景天根尖細胞超微結構則無明顯變化�？梢�,超積累生態(tài)型東南景天根系對高鎳脅迫具有較強的耐性。通過ICP-MS分析兩種生態(tài)型根系對鎳的積累特性發(fā)現(xiàn)在同等鎳處理濃度與處理時間下超積累生態(tài)型東南景天根系鎳的積累量要顯著低于非超積累生態(tài)型。由此推測,相較于非超積累生態(tài)型,超積累生態(tài)型東南景天根系對鎳的吸收速率更低或其根系木質部對鎳的裝載能力更強。通過對木質部汁液的分析證實了超積累生態(tài)型東南景天根系木質部對鎳的裝載速率要顯著高于非超積累生態(tài)型,尤其是在高鎳脅迫下,從而促使其根系向地上部快速轉運鎳,降低根系鎳的積累量。此外,同步輻射μ-XRF與熒光顯微染色分析發(fā)現(xiàn)兩種生態(tài)型根系鎳與超氧負離子的分布特征均有明顯的生態(tài)型差異,非超積累東南景天根系在100μMMNi處理24 h后,鎳和超氧負離子均大量積聚在中柱周圍,而超積累東南景天根系中則無此現(xiàn)象,這進一步證實了在高鎳脅迫下超積累生態(tài)型東南景天通過高效的木質部裝載系統(tǒng)向地上部快速轉移鎳,降低了過量的鎳在根系積累所帶來的氧化脅迫。綜上可知,相較于非積累生態(tài)型,鋅鎘超積累生態(tài)型東南景天根系對高鎳脅迫具有較強的耐受性,主要原因在于其根系木質部對鎳具有更高效的裝載系統(tǒng),促使根系吸收、積累的過量鎳及時向地上部轉運,以降低鎳在根細胞中的過度累積所引起的氧化脅迫,從而維持根系的正常生長與生理功能。(2)鋅鎘超積累生態(tài)型東南景天對鎳的積累能力與區(qū)隔特性:采用水培實驗,分析比較了兩種生態(tài)型東南景天在不同鎳濃度(0-200 μM)長期處理后的生長狀況、鎳含量與分布特征變化。結果顯示,兩種生態(tài)型東南景天在鎳長時間處理后均出現(xiàn)不同程度的毒害癥狀,但非超積累生態(tài)型受脅迫程度更為嚴重,其在Ni≥25μM處理28天后生物量急劇下降,而鋅鎘超積累生態(tài)型東南景天則在Ni≤50μM處理濃度下均生長正常,這證實了后者對鎳脅迫具有較強的耐受性。進一步研究發(fā)現(xiàn)兩種生態(tài)型東南景天雖然對鎳的總吸收量沒有顯著差異,但在高鎳脅迫時鋅鎘超積累生態(tài)型對鎳的向地上部轉運率要顯著高于非超積累生態(tài)型,其地上部鎳的含量顯著高于后者,莖中鎳含量可高達753±44mgkg-1,但根部含量則相對較低。然而,無論是何種生態(tài)型東南景天,鎳在根中含量最高,莖次之,葉最低。通過同步輻射μ-XRF技術分析發(fā)現(xiàn)在兩種生態(tài)型東南景天莖葉中鎳均主要分布于維管組織,表皮層次之。在處理28天后,隨著鎳處理濃度增加,超積累生態(tài)型東南景天莖維管束中鎳含量迅速升高,且增幅較大,但莖其他部位鎳含量增幅不大;非超積累生態(tài)型中亦出現(xiàn)類似現(xiàn)象,盡管維管束中鎳增幅相對較低。兩種生態(tài)型東南景天葉片只在高鎳處理下才能在葉脈和表皮中檢測到鎳的信號。上述結果雖然再次證實了鋅鎘超積累生態(tài)型東南景天對鎳脅迫具有較強的耐受性,但也說明了其地上部對鎳的積累能力并不十分突出,其主要原因在于:盡管超積累生態(tài)型東南景天從根部向地上部轉運鎳的能力要顯著高于非積累生態(tài)型,從而降低根系鎳的累積來抵御長期鎳脅迫的毒害作用,但鎳在其地上部運輸過程中大部分被區(qū)隔于木質部組織中,無法轉移到莖葉其他組織細胞中,這很大程度上限制了其地上部對鎳的積累能力。
[Abstract]:With the development of industrial production and modern city , the problem of heavy metal pollution in farmland soil in China has become more and more serious , which has caused great danger to the safe production of heavy metals in China . Based on the analysis of xylem sap , it was found that the accumulation of nickel and superoxide anion was significantly lower than that of non - hyperaccumulating ecotype . The results showed that the contents of nickel in the stem and leaves of the two ecotypes were significantly higher than those of non - accumulating ecotypes . The results showed that the content of nickel in the stem and leaves of the two ecotypes was higher than that of non - accumulating ecotypes .

【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X173;X53

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本文編號：1711254